Остов — неподвижная основа двигателя, состоящая из фундаментной рамы, станины (картера), блока цилиндров (или отдельных цилиндров) и крышек цилиндров. Остов двигателя является корпусом для размещения движущихся частей и обеспечения протекания рабочего процесса, а также объединяет все детали в единую конструкцию.
В современных ДВС остов двигателя не всегда включает все перечисленные элементы; в некоторых конструкциях они попарно образуют одну деталь, совмещающую их функции (например, блок-картер и др.). В зависимости от состава остова двигателя можно выделить шесть основных принципиальных схем (см. рис. 7).
На рис. 7, а изображена конструкция, состоящая из изготовленных раздельно фундаментной рамы, станины (картера), блока цилиндров и крышки. Такая схема характерна для крейцкопфных малооборотных двигателей, а также для тронковых МОД большой мощности. По этой схеме выполнены все отечественные двухтактные крейцкопфные малооборотные двигатели (например, ДКРН 74/160) и многие МОД зарубежных фирм («Зульцер», МАН, «Нохаб» и др.).
Фундаментная рама малооборотного двигателя фирмы «Бурмейстер и Вайн» показана на рис. 8.
Для снижения массы и габаритов двигателя блок цилиндров может быть конструкционно объединён со станиной в единую деталь — блок-картер (см. рис. 7,6), например, у малооборотных и среднеоборотных двигателей. Аналогичный остов имеют отечественные двигатели 6ЧН 25/34, ДРН 30/50, ЧН 18/22, Ч23/30 и др.
Соединение фундаментной рамы и станины (см. рис. 7, в) — сравнительно новое конструктивное решение, возникшее при переходе от литых деталей к сварным. Конструкция «рама-картер» обладает повышенной жесткостью и сравнительно небольшой массой. Подобная схема использована в отечественном двигателе 6ЧРН 36/45.
Современные среднеоборотные и высокооборотные двигатели, отличающиеся низкой удельной массой, не имеют фундаментных рам – их функцию выполняет несущий картер или блок-картер (см. рис. 7, г, д, е). В этих схемах к судовому фундаменту крепится непосредственно картер, который снизу закрывается поддоном, являющимся маслосборником. Особенностью такой конструкции является подвесное крепление коленчатого вала. Схема, показанная на рис. 7, г, характерна для ВОД небольшой мощности (например, отечественный двигатель 12ЧСП 15/18).
Схема, показанная на рис. 7, д, используется как в ВОД небольшой мощности (например, 64 10,5/13), так и во многих СОД (двигатели зарубежных фирм «Зульцер», «Пилстик» и др.). Схема (см. рис. 7, е), в которой блок цилиндров объединён с крышкой — моноблок, в современном дизелестроении применяется в ВОД большой мощности (например, отечественные двигатели 12ЧНСП 18/20 и ЧН 16/17). Некоторые современные ДВС имеют совершенно другую схему. Например, у двигателей с противоположно движущимися поршнями отсутствуют крышки, так как камера сгорания располагается в средней части втулки цилиндра, а у двигателей Н-образной конструкции имеется своеобразный остов, обусловленный горизонтальным расположением цилиндров.
Основными элементами остова двигателя (см. рис. 7) могут быть фундаментная рама, станина, блок цилиндров, крышка, рама-картер и моноблок. Конструкции этих элементов в современных двигателях весьма разнообразны, что обусловлено различными компоновочными схемами, количеством и размерами цилиндровых втулок и величиной действующих на них сил. Рассмотрим наиболее общие особенности этих элементов.
Фундаментная рама и картер
Фундаментная рама — основание двигателя, опирающееся на судовой фундамент. Она находится под воздействием масс располагаемых на ней деталей, а также сил давления газов и инерции движущихся частей, поэтому её конструкция должна обеспечивать продольную и поперечную жесткость двигателя. Все фундаментные рамы (см. рис. 8) имеют поперечные переборки, обеспечивающие дополнительную жесткость. В них размещаются рамовые (коренные) подшипники коленчатого вала (см. рис. 7, г—е). Конструкция рамы может быть цельнолитой или сварной; для изготовления используются чугун или сталь.
Рама крепится к судовому фундаменту с помощью компенсирующих звеньев (стальных клиньев или амортизаторов). Различают фундаментные рамы закрытого типа (нижняя часть рамы является масляным поддоном для сбора стекающего масла) и открытого типа (поддон крепится отдельно). Вкладыши рамовых подшипников изготовлены из свинцовистой бронзы или баббитов, а крышки рамовых подшипников крепятся к раме болтами (см. рис. 9).
Картер обычно анкерными связями соединяет цилиндры двигателя с фундаментной рамой, образуя единую жесткую систему. В боковых стенках картера делаются отверстия, закрываемые щитами, для доступа к шатунному механизму и осмотра внутренних полостей двигателя. Картер должен обладать герметичностью для паров масла и газов и выдерживать растягивающие, сжимающие и изгибающие усилия. При работе двигателя пары масла, скапливающиеся в картерах, могут образовывать взрывоопасную смесь. Для защиты двигателя от разрушения при возможном взрыве в картерах устанавливается предохранительный клапан и предусмотрены специальные защитные устройства для обслуживающего персонала. Картеры изготавливают из чугунных отливок, свариваемых стальных заготовок или алюминиевых сплавов.
Блок цилиндров, втулки и крышки
Блок цилиндров (рабочий цилиндр двигателя) состоит из рубашки и вставленной в неё втулки (гильзы). Рубашки цилиндров выполняют три основных типа: отдельная рубашка для каждого цилиндра (см. рис. 10); рубашки одного ряда, объединяемые в общий цилиндровый блок; или общий блок, состоящий из секций, объединяющих часть рубашек. Между рубашкой (или блоком цилиндров) и втулкой циркулирует охлаждающая вода. Индивидуальные рубашки воспринимают давление сгорания через крепящие крышку шпильки, а блоки цилиндров, как правило, крепятся анкерными связями. Материалы для изготовления – чугун, сталь или алюминиевые сплавы. Рубашка цилиндра должна обеспечивать возможность продольного и поперечного расширения втулки от нагревания.
Втулки цилиндров изготавливают из стали или чугуна. Повышение износостойкости втулок достигается азотированием (для стальных втулок) или хромированием (для чугунных втулок) их внутренней поверхности. Для защиты внешней стороны втулки (омываемой водой) от коррозии в полости охлаждения устанавливают протекторы. По конструкции цилиндровые втулки четырехтактных двигателей отличаются от втулок двухтактных: у первых поверхность втулки сплошная (с возможными сверлениями для смазки), а у вторых имеются продувочные и выпускные окна (при контурной и прямоточно-щелевой продувке) или только продувочные (при прямоточно-клапанной продувке) (см. рис. 11).
Крышка цилиндра устанавливается на цилиндровую втулку и закрывает рабочую полость цилиндра. Это одна из самых ответственных деталей двигателя, так как соприкасается с газами высокой температуры и испытывает давление. Крышка должна удовлетворять требованиям жаростойкости, прочности и непроницаемости для газов. Крышки изготавливают из чугуна, стали или алюминиевых сплавов. Обычно для каждого цилиндра применяется отдельная крышка (для двигателей небольшого размера с диаметром цилиндра менее 200 мм можно использовать блок-крышки – на несколько цилиндров). Крышка состоит из двух днищ – нижнего (соприкасающегося с газами) и верхнего, на котором устанавливаются клапаны и их приводы. Днища соединяются стенками, образующими внутри сложные каналы (см. рис. 12). По конструкции крышки делятся на цельные и составные (с отдельной вставкой). Составные крышки применяются в малооборотных двигателях большой мощности для снижения тепловых напряжений. Крышки четырехтактных дизелей имеют впускные, выпускные, пусковые и предохранительные клапаны, а у двухтактных, за исключением дизелей с прямоточно-клапанной продувкой, впускные и выпускные клапаны отсутствуют. Надежность крышки обеспечивается равномерным распределением металла по её объему.
Моноблоки – объединение блока цилиндров и крышки – обычно применяются в высокооборотных двигателях и изготавливаются из алюминиевых сплавов. В отечественных двигателях (например, 12ЧНС 18/20 и ЧН 16/17) моноблоки соединяются с несущим картером анкерными связями, где втулка с напрессованной рубашкой крепится к моноблоку.
Блок-картер состоит из блока цилиндров и станины. Блок-картеры можно крепить к фундаментной раме (см. рис. 13) или непосредственно к судовому фундаменту – такие конструкции называются несущими блок-картерами (см. рис. 7, д). Блок-картеры получили наибольшее распространение в среднеоборотных двигателях V-образной компоновки (см. рис. 13) и, как правило, имеют сварную конструкцию (например, ДПН 23/30, 16LVA-24 фирмы «Зульцер» и др.).\n\nКраткий анализ наиболее распространённых компоновок остова и его элементов свидетельствует о большом разнообразии конструкций. Главные задачи при создании остовов современных ДВС — облегчение массы, упрощение конструкции и повышение жесткости в продольном и поперечном направлениях.
Для получения дополнительной информации о судовых двигателях и морской технике посетите Seamen.es.
Если вы хотите отдыхом на воде после продолжительного рейса, рекомендуем ознакомиться с предложениями по аренде катеров на Freewind.es.